[发明专利]采用液体浸渍表面的装置

说明书

本发明涉及采用液体浸渍表面的装置。一种具有液体浸渍表面(120)的制品，所述表面(120)上面具有结构矩阵(124)，这些结构间隔得足够接近以在彼此之间或在其内部稳定地容纳液体(126)，并且优选地还在其上面具有薄膜。所述表面(120)使所述制品具有有利的非润湿性质。相较于先前的包括夹带在表面织构(108)内的气体(110)(例如空气)的非润湿表面(104)，这些液体浸渍表面(120)可抗刺穿和结霜，并且因此更稳固。

本申请是申请日为2011年11月22日、申请号为201180073070.4、发明名称为“采用液体浸渍表面的装置”的发明专利申请的分案申请。

相关申请的交叉引用

本申请要求2011年8月5日提交的美国临时专利申请No.61/515,395的优先权和权益，该临时专利申请以全文引用的方式并入本文中。

技术领域

本发明整体涉及非润湿和低粘附性表面。更具体地讲，在某些实施方案中，本发明涉及抗液体刺穿、结冰、结垢、水合物形成和/或具有防污性的非润湿表面。

背景技术

在过去的十年中微米/纳米工程化表面的出现为增强热流体科学中的多种物理现象开辟了新的技术。例如，使用微米/纳米表面织构提供了非润湿表面，该表面能够实现更小的粘性阻力、降低对冰和其它材料的粘附力、自清洁性和斥水性。这些改进一般是因固体表面与相邻液体之间的接触减少(即更少的润湿)而产生。

一种受关注的非润湿表面是超疏水表面。一般而言，超疏水表面在本质上疏水的表面，如疏水性涂层上包括微米/纳米级粗糙度。超疏水表面借助于微米/纳米表面织构内的气-水界面来阻止与水接触。

现有非润湿表面(例如超疏水、超疏油和超斥金属的表面)的缺点之一是它们易受刺穿影响，这会破坏表面的非润湿能力。当撞击液体(例如液滴或液流)取代表面织构内所夹带的空气时发生刺穿。先前旨在防止刺穿的诸多努力集中于将表面织构尺寸从微米级降低至纳米级。

现有非润湿表面的另一个缺点是它们易受冰的形成和粘附的影响。例如，当在现有超疏水表面上形成霜时，这些表面就变成亲水性的。在冷冻条件下，水滴可以粘附于表面，并且冰会积聚。冰的移除可能是困难的，因为冰会与表面的织构互锁在一起。类似地，当这些表面例如在脱盐或油气应用中，暴露于以盐饱和的溶液时，在表面上产生积垢并且导致失去功能性。现有非润湿表面的类似局限性包括在表面上形成水合物以及形成其它有机或无机沉积物的问题。

需要更稳固的非润湿表面(例如超疏水表面、超疏油表面和超斥金属的表面)存在需要。具体地讲，需要可抗刺穿和结冰的非润湿表面。

发明概述

本文描述了非润湿表面，其包括在表面上的微米/纳米工程化结构的矩阵或在表面上的充液孔隙或其它微小的孔之内浸渍的液体。相较于先前的包括夹带在表面织构内的气体(例如空气)的非润湿表面，这些液体浸渍表面可抗刺穿和结霜，因此更稳固。本发明在本质上是基本的并可用于受益于非润湿表面的任何应用中。例如，本文所述的方法可以用于减小输油和输气管线中的粘性阻力，防止在飞行器和/或电力线上结冰，并且使撞击液体的积聚减至最少。

本文所述的方法和设备相较于现有非润湿表面，即本文中所称的气体浸渍表面具有数项优点。例如，与气体浸渍表面相比，液体浸渍表面的抗刺穿性要高得多。这使得液体浸渍表面能够承受液体撞击期间较高的压力(例如较高的液滴速度)。在某些实施方案中，液体浸渍表面通过使用微米级表面织构而不是先前的气体浸渍表面方法中所利用的纳米级织构来阻止刺穿。使用微米级织构而不是纳米级织构极其有利的至少一部分原因是在于微米级结构成本较低并且更容易制造。

通过恰当地选择浸渍液体，可容易地定制本文所述的液体浸渍表面使得适应多种应用。例如，固体表面上水阻力的减小可以借助于以油作为浸渍液体来实现，这是因为水可容易地在油上滑动。使用油作为浸渍液体还适合于防止结霜和结冰。在本申请中，霜和冰可仅形成于表面织构的顶端，从而大大地降低了结冰速率和粘附强度。